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利用陷波器減小放大器頻響中的尖峰,提高增益平坦度
摘要: ADA4817FastFET?運算放大器實現(xiàn)了1GHz的帶寬 , 輸入噪聲低至4-nV/√Hz , 從而使其成為同類器件中速度最快且噪聲最低的放大器。ADA4817單位增益穩(wěn)定,其高頻極點增加了增益帶寬積(從高增益時的410MHz到單位增益時的1GHz),不過此極點同時也減小了相位裕度,引起了頻率響應中不期望的尖峰以及階躍響應中的振鈴。在此放大器的同相輸入端加入一個RLC分立器件組成的陷波器,在保證高帶寬和高輸入阻抗的同時,可大大減小尖峰和過沖,提高增益平坦度。
Abstract:
Key words :

 ADA4817FastFET™運算放大器實現(xiàn)了1GHz的帶寬 , 輸入噪聲低至4-nV/√Hz , 從而使其成為同類器件中速度最快且噪聲最低的放大器。ADA4817單位增益穩(wěn)定,其高頻極點增加了增益帶寬積(從高增益時的410MHz到單位增益時的1GHz),不過此極點同時也減小了相位裕度,引起了頻率響應中不期望的尖峰以及階躍響應中的振鈴。在此放大器的同相輸入端加入一個RLC分立器件組成的陷波器,在保證高帶寬和高輸入阻抗的同時,可大大減小尖峰和過沖,提高增益平坦度。

        RLC陷波器如圖1所示,它利用了放大器的輸入特性,產(chǎn)生了所期望的結果。陷波器由串聯(lián)的LC與電阻R并聯(lián)而構成,成功地補償了由放大器和寄生電容所引起的尖峰。采用此陷波器后,3dB帶寬達到1GHz,0.1dB增益平坦度高達250MHz,而單位增益時的尖峰小于1dB。

RLC notch filter

圖1:RLC陷波器

        其中,電阻、電容和電感的選取是非常關鍵的。ADA4817的輸入阻抗等效于一個接地的1.4pF電容器。圖2所示為包含放大器等效輸入阻抗的RLC電路。接下來將對此電路進行深入分析,以得出傳遞函數(shù) equation

Notch filter and amplifier input impedance

圖2:陷波器和放大器輸入阻抗

equation

        式中:C1為放大器輸入阻抗,且ω = 2πf。圖3為方程式2中C1=1.4 pF時的幅頻響應。其中,L和C的值決定傳遞函數(shù)穿越0dB的位置,而R值則決定著陷波器凹槽的深度。

Various RLC notches

圖3:幾種不同RLC的陷波器

        為了補償放大器的尖峰,增加放大器和濾波器特定的頻率響應,需要通過調(diào)整R、L和C的值來獲得最平坦的頻率響應,這可以通過Excel或者最常見的仿真軟件來實現(xiàn)??梢孕纬砂疾蹃頊p小尖峰,增加平坦度,并減小過沖。圖4為總體電路設計,其中陷波器連接到同相輸入端。

Overall circuit

圖4:帶陷波器的總體電路

        對于FET輸入型的ADA4817而言,最重要的特性也許就是超低的輸入偏置電流,加入陷波器后能夠繼續(xù)保持這一特性,同時還維持放大器的低失真和低噪聲性能。圖5所示為ADA4817帶有陷波器和不帶陷波器兩種情況下頻率響應的比較。結果顯示,帶寬不變,而平坦度提高,尖峰變小。

With and without RLC

圖5:帶有和不帶RLC陷波器兩種情況的頻率響應比較

        圖6給出了ADA4817在帶有和不帶RLC陷波器兩種情況下的階躍響應。在實現(xiàn)其他類型的FET輸入放大器的頻率響應時也可以采用與此相同的設計。該設計保持了FET輸入的高輸入阻抗,但在這一指標不是一項需求時,可以將RLC陷波器跨接到放大器與地之間。

Pulse response with and without RLC

圖6:帶有和不帶RLC陷波器兩種情況下的脈沖響應

結論
        在ADA4817的FET輸入運算放大器之前加入一個由分立器件構成的RLC陷波器可以大大地改善其性能。利用這種新奇而又簡單的技術可減小尖峰,提高增益平坦度,還可減小過沖,所有這些好處都是在保持原有1GHz帶寬(-3dB)不變的條件下獲得的。這個魯棒且簡單的解決方案雖然增加了3個新元件,但在平坦的頻率響應、低過沖以及性能更為重要時,這些新元件所增加的成本是值得的。

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